0178-手機上蓋注塑模具設計與仿真加工,手機,注塑,模具設計,仿真,加工 畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目 手機上蓋注塑模具設計與仿真加工 1、 選題的依據(jù)及意義： 隨著科學的發(fā)展，各種產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度越來越快，而產(chǎn)品的更新是以新產(chǎn)品的造型設計和模具的設計、制造與更新為前提的。模具的設計是模具更新的基礎，模具設計工作與產(chǎn)品的更新信息相關。傳統(tǒng)的手工設計模式已經(jīng)不能很好地適應時代的需要，計算機輔助設計與制造已成為許多大型CAD/CAM/CAE軟件追求的目標。而在眾多輔助設計制造軟件中，Unigraphics 軟件是當今世界較先進、面向制造業(yè)的綜合軟件。 該軟件的功能覆蓋了整個產(chǎn)品的開發(fā)過程，即覆蓋了從概念設計、功能工程、工程分析、加工制造到產(chǎn)品發(fā)布的全過程，在模具、航空、汽車、機械、電器電子等各工業(yè)領域的應用非常廣泛。UG軟件在產(chǎn)品造型、注塑模設計和沖壓級進模設計中的應用，將體現(xiàn)該軟件在產(chǎn)品造型和模具設計中的強大功能，展現(xiàn)它的靈活性和工程設計嚴謹性的特點和優(yōu)點。 二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢： 模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備之一，模具工業(yè)是國民經(jīng)濟中重要的基礎工業(yè)，模具設計與制造水平的高低是衡量一個國家綜合制造能力的重要標志。工業(yè)發(fā)達國家對模具工業(yè)都極為重視，早在 50年代開始就己使模具擺脫了產(chǎn)品更新?lián)Q代的重要工藝裝備，模具對工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。從工業(yè)產(chǎn)值對比來看，經(jīng)濟發(fā)達國家的模具總產(chǎn)值早己超過了機床的總產(chǎn)值。如日本，1987年模具總產(chǎn)值為124億美元，而其機床總產(chǎn)值為102億美元;1991年前者為131億美元，后者為120億美元151。在各種模具產(chǎn)品中，塑料模和沖壓模是用量最大涉及領域最廣的兩種。據(jù)統(tǒng)計，日本一萬多家模具企業(yè)中，生產(chǎn)塑料模和沖壓模的各占40%左右;韓國模具專業(yè)廠中生產(chǎn)塑料模的占43.9%，生產(chǎn)沖壓模的占44.8%。在塑料模具中，由于注塑模具能夠一次成型形狀復雜、尺寸精確的制品，適用于高效率、大批量的自動化生產(chǎn)方式，使其在塑料模中的占用量超過了5%。 我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。注塑模型腔制造精度可達0.02～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達10～30萬次，淬火鋼模達50～1000萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。 成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創(chuàng)新設計方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術的使用更趨成熟。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%，與國外的50～80%相比，差距較大。 在制造技術方面，CAD/CAM/CAE技術的應用水平上了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UGⅡ、美國Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術經(jīng)濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應國內(nèi)模具的具體情況、能在微機上應用且價格較低等特點，為進一步普及模具CAD/CAM技術創(chuàng)造了良好條件。? 據(jù)有關方面預測，模具市場的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對塑料模具提出越來越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復雜、長壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時，由于近年來進口模具中，精密、大型、復雜、長壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進口、提高國產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場上的份額也將逐步增大。建筑業(yè)的快速發(fā)展，使各種異型材擠出模具、PVC塑料管材管接頭模具成為模具市場新的經(jīng)濟增長點，高速公路的迅速發(fā)展，對汽車輪胎也提出了更高要求，因此子午線橡膠輪胎模具，特別是活絡模的發(fā)展速度也將高于總平均水平；以塑代木，以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業(yè)中的需求量巨大；家用電器行業(yè)在“十一五”期間將有較大、空調(diào)器和微波爐發(fā)展，特別是電冰箱等的零配件的塑料模需求很大；而電子及通訊產(chǎn)品方面，除了彩電等音像產(chǎn)品外，筆記本電腦和網(wǎng)機頂盒將有較大發(fā)展，這些都是塑料模具市場的增長點。 3、 研究內(nèi)容及實驗方案： 3.1 畢業(yè)設計的研究內(nèi)容： （1）使用的原始資料可以是實物或自行設計。 （2）根據(jù)零件實物或模型在CAD/CAM/UG軟件中進行數(shù)字化三維設計，完成鼠標上蓋的建模。 （3） 進行手機上蓋凸凹模型面設計，并且設計模架、定位環(huán)、推桿、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，完成模具的設計。 （4）生成手機上蓋零件的NC加工程序，進行仿真加工。 （5）繪制手機上蓋的注塑模具凸凹模的工程圖和模具總裝配圖； （6）繪制圖紙，撰寫畢業(yè)論文。 3.2 畢業(yè)設計的實驗方案: 手機上蓋及其模具設計的步驟： （1）參照手機的實物，以人機工程學、注塑模具的制造和工藝性為原則，自行設計出一款手機上蓋。 （2）手機產(chǎn)品開發(fā)過程中要全面貫徹數(shù)字化設計和制造的理論，進行無紙化設計制造： A、CAD建模過程中運用UG NX 5.0軟件為基礎進行數(shù)字化三維設計，完成手機的建模； B、模型設計完成后利用UG NX 5.0的Mold?Wizard模塊進行手機上蓋模具的凸凹模型面設計，選擇材料和注塑機，進行模架、定位環(huán)、推桿等模具標準件的加載和澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的設計。 C、手機上蓋的模具設計完成后利用Solid Edge軟件進行數(shù)字預裝配。 D、利用UG NX 5.0軟件進行手機上蓋上下模型芯和型腔的CAM編程，生成NC加工程序，并在計算機中模擬加工過程。如果可能，在數(shù)控機床上加工出手機上蓋上下模型芯和型腔的實物。 （3）利用前面已建立的手機模型和模具設計中加載和設計的數(shù)字模型生成工程圖數(shù)據(jù)，完成模具的總裝配圖，進行工程圖的輸出和打印。 （4）設計完成過程中，進行畢業(yè)論文的編寫。 模具設計實驗所用到的軟件和工具： UG NX 5.0、Solid Edge、AUTOCAD 2006等軟件和測量工具等。 4、 目標、主要特色及工作進度 4.1 通過手機上蓋的模具設計所要達到的目標： （1）較深入的了解注塑模具的數(shù)字化設計和生產(chǎn)工程中的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢； （2）通過這次設計，深入學習UG NX 5.0（包括建模模塊、CAM模塊、工程圖模塊、Mold?Wizard（模塊）、Solid Edge（包括建模模塊、工程圖模塊）、AUTOCAD 2006等軟件的高級命令； （3）深入學習注塑模具設計和制造過程中所用的理論知識，掌握模具設計師應該具備的知識。查閱資料，詢問老師，爭取使模具產(chǎn)品最優(yōu)化； （4）通過這次畢業(yè)設計，學會學習新知識和網(wǎng)上檢索信息的能力； （5）通過與老師、同學的溝通和交流，掌握團隊合作的能力； 4.2 手機上蓋的模具畢業(yè)設計的主要特色： (1)結合現(xiàn)代制造業(yè)已成為主流的數(shù)字化技術，在純數(shù)字化技術支持下自行設計一款鼠標上蓋的注塑模具。設計過程中，用到UG NX 5.0、Solid Edge、AUTOCAD 2006等國際流行的機械專業(yè)軟件，進行無紙化設計制造，以縮短研發(fā)周期，降低成本。 (2)在模型設計過程中利用人機工程學理論，如上蓋的曲率偏小，使人對鼠標的感覺最好，減輕操作人員長時間工作帶來的疲憊感。 4.3 畢業(yè)設計(論文)工作內(nèi)容及完成時間： 1．查閱資料，英文資料翻譯，撰寫開題報告。 第1周～第2周 2. 手機上蓋的三維建模。 第3周～第5周 3. 凸凹模型面設計。 第6周～第8周 4. 注塑模具設計，繪制圖紙。 第9周～第11周 5. 生成手機上蓋零件的數(shù)控加工程序。 第12周～第14周 6. 撰寫畢業(yè)論文。 第15周～第16周 7. 答辯準備及畢業(yè)答辯 第17周 主要參考文獻 [1].張洪興等.數(shù)控機床編程、操作、維修，北京：航空工業(yè)出版社，2001.10 [2].曾向陽，謝國明. UG NX基礎及應用教程（建模、裝配、制圖）. 北京：電子工業(yè)出版社，2003. [3].盛曉敏等. 先進制造技術，北京：機械工業(yè)出版社，2000.9 [4].李鯉，劉善春.基于UG下的數(shù)控加工快速編程，大眾科技，2005.7 [5].F.BACKS. Concurrent manufacturing of parts and tools for the sheet-metal Industry. Intelligent Manufacturing(1998)9,347-352 [6].C. K. Mok, K. S. Chin and John K. L. Ho. An Interactive Knowledge-Based CAD System For Mould Design in Injection Moulding Processes. Int J Adv Manuf Technol (2001) 17:27–38 手機上蓋注塑模具設計與仿真加工 摘要：注塑模具CAD技術是指在注塑模具設計過程中采用CAD系統(tǒng)來輔助設計人員進行模具設計，以便提高模具設計的水平和效率。注塑模具CAD系統(tǒng)是在通用CAD系統(tǒng)的基礎上，加載了注塑模具知識和設計經(jīng)驗模塊，支持注塑模具設計的基本流程。 隨著科學的發(fā)展，各種產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度越來越快，而產(chǎn)品的更新是以新產(chǎn)品的造型設計和模具的設計、制造與更新為前提的。模具的設計是模具更新的基礎，模具設計工作與產(chǎn)品的更新信息相關。傳統(tǒng)的手工設計模式已經(jīng)不能很好地適應時代的需要，計算機輔助設計與制造已成為許多大型CAD/CAM/CAE軟件追求的目標。而在眾多輔助設計制造軟件中，Unigraphics 軟件是當今世界較先進、面向制造業(yè)的綜合軟件。 本設計首先采用UG軟件進行注塑件的三維實體造型,針對手機上蓋的具體外形尺寸,應用基于特征的實體建模和自由形狀建模等知識,使用體素特征、掃描特征、成形特征、特征操作等具體的操作步驟逐步生成手機上蓋。其次,利用UG軟件中的Mold wizard工具對手機上蓋進行拆模，并且對手機上蓋模具的模架、定位環(huán)、推桿、澆口、合模導向機構、抽芯機構、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等進行了設計。最后，利用UG軟件中的CAM功能對凸模進行仿真加工并生成手機上蓋凸模的NC加工程序。 關鍵詞：注塑模具 UG 手機上蓋 凸模 Injection mold design mobile phone cover and process Abstract: CAD technology is the injection mold injection mold design process in the CAD system used to assist designers to mold design, mold design in order to improve the level and efficiency. Injection Mold CAD system is based on the general CAD system, load the injection mold design knowledge and experience in modules support the basic process of injection mold design. With the development of science, the upgrading of various products faster and faster, while the product update is a new product modeling design and mold design, manufacturing and updated as the prerequisite. Mold mold design is the basis for updating, mold design and product-related updates. The traditional manual design model has not well adapted to the needs of the times, computer-aided design and manufacturing has become many large CAD / CAM / CAE software goal. Assisted in the design and manufacturing of many software, Unigraphics software is the world's more advanced and comprehensive software for the manufacturing industry. The design of the first injection molded parts using UG software three-dimensional solid modeling,mobile shelters for the specific dimensions,application of feature-based modeling and free modeling the shape of knowledge, use of voxel features, scanning features, shape features, feature operation and other concrete steps to gradually build mobile phone cover. Secondly, the use of UG software Mold wizard tools mobile phone cover for form removal, and mold on the mobile phone cover mold, positioning ring, putter,gate, mold-oriented institutions, core pulling mechanism, gating system, cooling system is designed. Finally, UG CAM software features simulation of the punch process and generate the NC cell phone cover punch processing. Keywords: Injection Mold UG Mobile phone cover Punch 1. 引言 1.1課題的依據(jù)和意義 隨著科學的發(fā)展，各種產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度越來越快，而產(chǎn)品的更新是以新產(chǎn)品的造型設計和模具的設計、制造與更新為前提的。模具的設計是模具更新的基礎，模具設計工作與產(chǎn)品的更新信息相關。傳統(tǒng)的手工設計模式已經(jīng)不能很好地適應時代的需要，計算機輔助設計與制造已成為許多大型CAD/CAM/CAE軟件追求的目標。而在眾多輔助設計制造軟件中，Unigraphics 軟件是當今世界較先進、面向制造業(yè)的綜合軟件。 該軟件的功能覆蓋了整個產(chǎn)品的開發(fā)過程，即覆蓋了從概念設計、功能工程、工程分析、加工制造到產(chǎn)品發(fā)布的全過程，在模具、航空、汽車、機械、電器電子等各工業(yè)領域的應用非常廣泛。UG軟件在產(chǎn)品造型、注塑模設計和沖壓級進模設計中的應用，將體現(xiàn)該軟件在產(chǎn)品造型和模具設計中的強大功能，展現(xiàn)它的靈活性和工程設計嚴謹性的特點和優(yōu)點。 1.2注塑模具CAD技術概述 CAD(Computer Aided Design)技術的應用，使得設計人員在設計過程中，能夠充分發(fā)揮計算機的強大算術邏輯運算功能、大容量信息存儲與快速信息查找的能力，完成信息管理、數(shù)值計算、分析模擬、優(yōu)化設計和繪圖等項任務;讓設計人員能夠集中精力進行更有效的創(chuàng)造性思維，從而更好地完成從設計方案的提出、評價、分析模擬與修改到具體設計實現(xiàn)的設計全過程。 注塑模具CAD技術是指在注塑模具設計過程中采用CAD系統(tǒng)來輔助設計人員進行模具設計，以便提高模具設計的水平和效率。注塑模具CAD系統(tǒng)是在通用CAD系統(tǒng)的基礎上，加載了注塑模具知識和設計經(jīng)驗模塊，支持注塑模具設計的基本流程。 1.2.1注塑模具CAD技術發(fā)展背景 傳統(tǒng)的注塑模具設計依靠設計人員的經(jīng)驗進行，模具設計加工以后往往需要經(jīng)過反復的調(diào)試和修改才能正式投入生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅要重新調(diào)整工藝參數(shù)，甚至要修改塑料制品和模具的設計。這種設計方式制約了新產(chǎn)品的開發(fā)，隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對塑料制品質(zhì)量要求越來越高，且產(chǎn)品更新快，價格越來越低，市場競爭激烈，在這種情況下，對模具的要求是交貨期短、質(zhì)量好、價格低。顯然，傳統(tǒng)的人工設計、手工設計生產(chǎn)方式己不能適應現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的要求，為了在市場經(jīng)濟的殘酷競爭中取勝，跟上產(chǎn)品更新的速度，模具制造業(yè)必須采用新技術、新工藝來解決傳統(tǒng)技術中存在的問題。 常用塑料如PC, PE, PS, ABS等在20世紀40年代問世以來，雖然注射模的歷史不過幾十年的時間，但發(fā)展速度卻異常迅速。如1985年美國塑料消耗量以體積計算己經(jīng)超過鋼、銅、鋁的總和，美國和日本的塑料模具專業(yè)廠均己超過一萬家。塑料工業(yè)對模具的迫切需求促使注射模CAD技術迅速發(fā)展，而近幾十年塑料流變學、幾何造型技術、NC加工以及計算機技術的突飛猛進又為注射模CAD系統(tǒng)的開發(fā)創(chuàng)造了條件。 始于20世紀60年代，英國、美國、加拿大等國的學者如J.R.Pearson(英國)、J.F.Stevenson(美國)、M.R.Kamal(加拿大)、K.K.Wang(美國)等開展了一系列有關塑料熔體在模具型腔內(nèi)流動與冷卻的基礎研究。在合理的簡化基礎上，20世紀60年代完成了一維流動與冷卻分析程序，20世紀70年代完成了二維分析程序，20世紀80年代開展三維流動與冷卻分析并把研究擴展到保壓、纖維分子取向以及翹曲預測等領域。進入20世紀90年代后開展了流動、保壓、冷卻、應力分析的注塑工藝全過程的集成化研究。這些卓有成效的研究成果為開發(fā)適用型的注射模分析軟件奠定了基礎。 在幾何造型方面，基于線框模型的CAD系統(tǒng)率先由飛機和汽車制造公司開發(fā)并使用。例如美國Lockheed飛機公司于1965年研制的CADAM系統(tǒng)、美國McDonnell Douglas飛機公司于1966年研制的CADD系統(tǒng)、美國General Motor汽車公司的AD2000系統(tǒng)等。進入20世紀70年代，曲面造型技術發(fā)展很快，Coons曲面、Bezier曲面和B樣條曲面相繼問世，出現(xiàn)了一批以曲面造型為核心的CAD/CAM系統(tǒng)。如英國的DUCT系統(tǒng)，美國的CAMAX系統(tǒng)等。曲面造型系統(tǒng)比較適用于具有復雜型腔表面的注射模。20世紀80年代實體造型技術發(fā)展迅速，如美國斯坦福大學的Geomod系統(tǒng)、羅徹斯特大學的PADL系統(tǒng)、日本北海道大學的TIPS系統(tǒng)、英國劍橋大學的BULID系統(tǒng)等，它們?yōu)閷嶓w造型軟件的開發(fā)做了奠基性工作。 正是由于近20年來上述領域的卓有成效的工作，注塑模CAD技術才會得到日新月異的進步。 1.2.2注塑模具CAD技術發(fā)展過程 注射模設計CAD技術的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段。 (1)人工設計階段 這一階段一直持續(xù)到CAD技術的發(fā)展初期，當時的注射模設計純粹依靠設計人員的經(jīng)驗、技巧和現(xiàn)有的設計資料，從塑件的工藝計算到注射模的設計制圖，全靠手工操作完成，設計效率較為低下。同時，由于設計過程純粹依賴于設計人員的經(jīng)驗和技巧，缺乏系統(tǒng)的理論指導，所以模具和塑件的質(zhì)量難以保障。 (2)通用CAD系統(tǒng)設計階段 20世紀70年代，以手工為主的注射模設計己跟不上塑料工業(yè)高速發(fā)展的形勢，于是人們開始嘗試使用當時比較成熟的通用CAD系統(tǒng)進行注射模設計。這個時期的主要特征是三維幾何造型技術的應用。在幾何造型方面分別采用了三維線框模型、曲面模型和實體模型技術。這些技術的應用，實現(xiàn)了設計計算和圖樣繪制的自動化，縮短了設計時間。但是，這只是將設計人員從手工繪圖中解放了出來，起到的只是輔助繪圖的功能，沒有完全體現(xiàn)其輔助設計功能。 到了20世紀80年代，隨著UG- 11, Pro/E等優(yōu)秀通用集成軟件系統(tǒng)的問世，注射模CAD技術也蓬勃發(fā)展起來。這個時期CAD系統(tǒng)的主要特征就是參數(shù)化設計方法的應用。參數(shù)化設計以一種全新的思維方式來進行產(chǎn)品的創(chuàng)建和修改。它用約束來表達產(chǎn)品幾何模型，定義一組參數(shù)來控制設計結果，從而能夠通過調(diào)整參數(shù)來修改設計模型。這樣，設計人員在設計時，無需再為保持約束條件而操心，可以真正按照自己的意愿動態(tài)地、創(chuàng)造性地進行新產(chǎn)品設計。 參數(shù)化設計方法與傳統(tǒng)方法相比，最大的不同在于它存儲了設計的整個過程，設計人員的任何修改都能快速地反映到幾何模型上，并且能設計出一組形狀相似而不是單一的產(chǎn)品模型。參數(shù)化設計是新一代智能化、集成化CAD系統(tǒng)的核心內(nèi)容，新的設計系統(tǒng)都增加了參數(shù)化設計功能。參數(shù)化設計技術以其強有力的草圖設計、尺寸驅(qū)動修改圖形的功能，成為初始設計、產(chǎn)品建模及修改、系列化設計、多種方案比較和動態(tài)設計的有效手段。參數(shù)化設計技術的應用，很大程度上提高了注射模設計質(zhì)量和效率，提高了注射模設計的水平。但是參數(shù)化設計只適用于單一的零件設計，當進行部件或復雜結構設計時，修改參數(shù)就很容易引起結構干涉。 在通用的CAD軟件上加載了各種標準零件庫，如螺栓、螺母等，對提高設計效率也起到了重要的作用。 (3)專用注射模CAD系統(tǒng)注射模設計階段 采用通用CAD系統(tǒng)進行注射模設計，雖然在很大程度上提高了模具設計的質(zhì)量和效率。但是，一方面由于通用CAD系統(tǒng)在一定意義上說還只是一種幾何建模工具，注塑模設計效率的提高僅在于三維效果的增強、繪圖及建檔速度的加快等實現(xiàn)手段上，注塑模設計經(jīng)驗的加入還主要依賴于人工干預，每一次設計的設計過程與手工實現(xiàn)基本一樣，設計效率沒有從根本上得到提高。另一方面，作為通用的CAD系統(tǒng)，在開發(fā)之初都是作為通用機械設計工具來構思的，因此在使用這些通用CAD軟件設計注射模時，仍會感到效率低下、操作煩瑣、功能短缺。為此，近年來發(fā)展的趨勢是開發(fā)自動化和智能化程度較高的注射模CAD技術。 1.2.3國內(nèi)外注塑模具CAD技術研究現(xiàn)狀 近幾年來國外先進工業(yè)國家對模具CAD技術的開發(fā)非常重視，在CAD開發(fā)上投入了很大的人力和物力，將通用CAD系統(tǒng)改造成為適合模具行業(yè)的專用CAD系統(tǒng)，并將其應用于模具的設計與制造中。目前國際上流行的模具CAD軟件如下: Unigraphics NX是美國EDS公司開發(fā)的面向制造業(yè)的CAD系統(tǒng)。UG NX有強大的建模工具和分析模塊，被廣泛地應用于航空、航天、汽車、機械、模具、工業(yè)設計等行業(yè)。UG/Mold Wizard是UG系列軟件中一個獨立的應用模塊，也是應用于注塑模具設計的專業(yè)應用模塊。它應用知識嵌入的基本理念，按照注塑模具設計過程的一般順序來模擬模具設計的整個過程，在此過程中，它只需根據(jù)一個產(chǎn)品的三維實體造型建立一套與產(chǎn)品浩型參數(shù)想過的三維實體模具。它不但能自動設計一般的模具，還能結合應用UG軟件的其它應用模塊來拓展其功能，設計出復雜程度較高的模具[3]。此外，UG還提供了UG/Die Engineering Wizard(沖壓模工程向?qū)?、UG/Progressive Die Wizard(多工位級進模向?qū)?等專用模具CAD工具。 Pro/Engineer系統(tǒng)是美國PTC (Parametric Technology Corporation)公司推出的三維CAD軟件，為滿足模具行業(yè)需求，Pro/E提供了一系列模具設計模塊:Pro/Casting(鍛造模具設計)、Pro/Mold Design(注塑模、壓鑄模、鍛模設計)，Pro/Dieface(沖壓模設計)、EMXA模架專家?guī)?Expert Mold Base Extension)，Mold Filling Simulation Option (注塑模具流動分析功能包)等。Pro/Mold Design模塊用于設計模具部件和模板組裝，能自動生成模具型腔幾何體，并可通過修改造型幾何體的方法補償產(chǎn)品的收縮。為滿足模具設計與制造解決方案，Pro/E提供了模架專家?guī)霦MXA，該模塊能將使用者對模具設計的專業(yè)知識和整個設計流程整合在一起，將模芯拆模及模座設計兩大部分完整的結合在一起，使設計者可以通過簡單的操作界面完成模架的相關設定[4]0 CATIA是法國達索飛機公司(Dassault System)在其開發(fā)的系統(tǒng)設計應用軟件的基礎上，與美國IBM公司合作研究發(fā)展，共同支持和銷售的CAD/CAE/CAM一體化軟件。 新的V5版本界面更加友好，功能也日趨完善，開創(chuàng)了CAD軟件的一種全新風格。CATIA也提供了模具輔助設計模塊(Mold and Die Machining Assistant):MTl(模具設計產(chǎn)品)，它支持包括凸凹模固定板定義、組件實例化、注射和冷卻特征定義等模具設計的所有工作。用戶界面以標準目錄庫訪問功能為基礎，通過對組件及其關聯(lián)孔的混合實例化，支持模具零件和裝配的自動配置。這些預定義的組件可以使用諸如DME, DME-AMERICA, EOC, FUTABA等系列標注模架庫，以快速、經(jīng)濟地創(chuàng)建模具。Solid Works軟件是美國Solid Works公司在總結和繼承大型機械CAD軟件的基礎上，在Windows環(huán)境下實現(xiàn)的第一個機械CAD軟件，是面向產(chǎn)品級的機械設計工具。 Solid Works Mold base模塊是Solid Works是提供標注模架庫，它是該軟件最新模具，提供了標準模具目錄并完全與Solid Works其它工具集成。除了完整的裝配以外，Mold base還提供大量的組件，例如:削釘、頂桿、AB板、螺栓、定位環(huán)、軸襯等。 我國在注塑模CAD技術開發(fā)、應用及研究方面起步較晚。從80年代中期開始，國內(nèi)部分大中型企業(yè)先后引進了一些國外知名度較高的CAD系統(tǒng)。同時，一些高等學校和科研院所也開始了注塑模CAD系統(tǒng)的研制與開發(fā)工作。多年來，我國對注塑模設計制造技術及其CAD的開發(fā)應用十分重視，國家和許多省市都在這方面安排了攻關項目或重點科研課題。這些項目的成果對促進我國注塑模CAD技術的迅速發(fā)展起到了重要作用，使我國注塑模CAD技術的發(fā)展和應用水平得到很快提高。 1.3國內(nèi)外塑料工業(yè)的發(fā)展概況 塑料工業(yè)是年輕的新興工業(yè)之一。自1868年硝化纖維素開創(chuàng)以來，世界塑料工業(yè)至今已有百余年，如從1910年酚醛塑料工業(yè)化生產(chǎn)算起，只有八十多年的歷史而塑料成為工程材料應用至今不過四十年，塑料工業(yè)真正獲得發(fā)展只是近二十年的事情。 塑料工業(yè)的發(fā)展歷史雖然很短，但其發(fā)展速度相當驚人。據(jù)統(tǒng)計，1910年全世界塑料的產(chǎn)量只有20kt，1930年達100kt,1950年達1500kt,1970年達3Mt，1990年就激增到0.1Gt。從1950年以來，世界塑料產(chǎn)量增長幾乎是每隔4～5年就翻一番。 幾十年前，塑料還只能作為象牙、玳瑁、寶石、牛骨等制件的代用品?？墒堑浆F(xiàn)在，它已成為許多工業(yè)部門不可代替的工程材料，而且這種嶄新的的合成材料，正在飛速地追趕鋼鐵工業(yè)，大有后來者追上之勢。有人說21世紀是“塑料時代”。 塑料工業(yè)的基礎原料最早以農(nóng)副產(chǎn)品為主，從20年代起轉(zhuǎn)向以煤及煤焦油產(chǎn)品為主，從50年代起逐漸轉(zhuǎn)向以石油及天然氣為主， 從而大大加速了塑料工業(yè)的發(fā)展。 上世紀20年代以前主要是發(fā)展熱固性塑料，從30年代起，逐漸轉(zhuǎn)向以發(fā)展熱塑性塑料為主，在60年代工程塑料已成為研究中心，發(fā)展很快，應用范圍日益擴大。同時，芳雜環(huán)的耐高溫塑料也向前推進了一步。目前，國外正式生產(chǎn)的塑料品種已有300種之多，其中主要的只有50～60種。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、氨基塑料、酚醛塑料等是一類產(chǎn)量較大、用途較廣、成本較低的通用塑料，其產(chǎn)量將保持持續(xù)上升的趨勢；尼龍、聚甲醛、ABS、聚碳酸酯、聚苯醚等工程塑料，正向著擴大生產(chǎn)，降低成本，改進性能，開拓用途方面的發(fā)展。 隨著塑料產(chǎn)量的提高、品種的增多、應用的擴展、促進了塑料成型加工工藝的不斷發(fā)展，相繼出現(xiàn)了澆鑄成型、壓縮成型、粉末成型、層壓成型、壓注成型、擠出成型、注射成型、壓延成型、吹塑成型、發(fā)泡成型、熱成型等方法，塑料的機械加工、機械連接、焊接、粘接、彩飾、金屬鍍飾等加工工藝也取得很好的進展。目前，塑料成型加工工藝正朝著高速、高效、自動化方向發(fā)展。同時，電子計算機、高頻、微波、紅外線、超聲波、放射線、激光等先進技術在成型加工工藝中的應用也日益廣泛。 塑料產(chǎn)量的提高和應用領域的擴大，也促進了塑料成型設備和成型模具的不斷發(fā)展。目前，塑料成型設備正朝著大型化、微型化、高速化、自動化、精密化方向的發(fā)展；塑料成型模具朝著高效率、高精密、高壽命方向前進。在成型設備和模具設計及制造方面也引入了CAD/CAM先進技術。 國外，塑料模標準化程序很高，從材料、品種、規(guī)格、結構、精度、驗收等實現(xiàn)了標準化，而且還建立了模具標準結構典型組合。標準化是專業(yè)化生產(chǎn)的重要前提，也是系統(tǒng)解決提高勞動生產(chǎn)率，提高技術水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本及改善勞動組織的最重要的條件條件之一。由于模具的標準化程度很高，專業(yè)化生產(chǎn)很高，因模具生產(chǎn)周期很短，生產(chǎn)成本較低，模具質(zhì)量較高；同時模具設計簡化，交貨期限縮短，產(chǎn)品更新?lián)Q代迅速。 很多歷史記載和出土文物證明，我國是最早使用塑料的國家。遠在兩千年以前，我國人民已經(jīng)掌握了完善的脫胎漆器工藝，并在建筑上應用了麻布增強的油漆。 解放前，我國塑料工業(yè)基本上都是個空白點，僅能生產(chǎn)酚醛塑料、氨基塑料等少數(shù)幾個品種，而且設備簡陋、效率極低，原材料也靠進口。解放后，我國塑料工業(yè)從無到有，從小到大，今天已發(fā)展成一個相當規(guī)模的工業(yè)體系。目前，我國塑料產(chǎn)量從1949年的230t增加到1987年的2978kt，并一躍占據(jù)世界第五位。許多過去進口的塑料，有的試制成功，有的投入成批生產(chǎn)，在品種上基本齊全。而且還更具我國實際情況，利用國產(chǎn)資源，獨創(chuàng)了一種新型尼龍品種，即尼龍1010，并廣泛應用于許多工業(yè)部門。全國塑料制造廠星羅棋布，塑料加工企業(yè)的建成投產(chǎn)，為塑料工業(yè)奠定了雄厚的物質(zhì)基礎。我國的塑料成型設備的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量大有提高，已有一批專業(yè)化工廠可提供系列產(chǎn)品。有的成型設備還達到相當?shù)南冗M水平，如32kg 大型注射成型機、數(shù)控熱固性塑料注射成型機、電子計算機群控注射成型機等新產(chǎn)品的研制成功，為我國塑料成型技術的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。當前，塑料模的標準化工作取得了很大的進展，根據(jù)國際標準，結合我國實際情況，已經(jīng)制定出了塑料模具設計，縮短制模周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量提出了充分保證。此外，模具加工的新工藝、新設備也不斷涌現(xiàn)，模具的制造精度也不斷提高。所有這些都推動了我國塑料工業(yè)的迅速發(fā)展。我們堅信，在不久的將來，一定會趕上或超過世界先進的水平。 1.4塑料模國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢 模具工業(yè)是國民經(jīng)濟中重要的基礎工業(yè)，模具設計與制造水平的高低是衡量一個國家綜合制造能力的重要標志。工業(yè)發(fā)達國家對模具工業(yè)都極為重視，早在 50年代開始就己使模具擺脫了產(chǎn)品更新?lián)Q代的重要工藝裝備，模具對工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。從工業(yè)產(chǎn)值對比來看，經(jīng)濟發(fā)達國家的模具總產(chǎn)值早己超過了機床的總產(chǎn)值。如日本，1987年模具總產(chǎn)值為124億美元，而其機床總產(chǎn)值為102億美元;1991年前者為131億美元，后者為120億美元151。在各種模具產(chǎn)品中，塑料模和沖壓模是用量最大涉及領域最廣的兩種。據(jù)統(tǒng)計，日本一萬多家模具企業(yè)中，生產(chǎn)塑料模和沖壓模的各占40%左右;韓國模具專業(yè)廠中生產(chǎn)塑料模的占43.9%，生產(chǎn)沖壓模的占44.8%。在塑料模具中，由于注塑模具能夠一次成型形狀復雜、尺寸精確的制品，適用于高效率、大批量的自動化生產(chǎn)方式，使其在塑料模中的占用量超過了5%。 我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。注塑模型腔制造精度可達0.02～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達10～30萬次，淬火鋼模達50～1000萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。 ??? 成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創(chuàng)新設計方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術的使用更趨成熟。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%，與國外的50～80%相比，差距較大。 在制造技術方面，CAD/CAM/CAE技術的應用水平上了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UGⅡ、美國Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術經(jīng)濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應國內(nèi)模具的具體情況、能在微機上應用且價格較低等特點，為進一步普及模具CAD/CAM技術創(chuàng)造了良好條件。? 據(jù)有關方面預測，模具市場的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對塑料模具提出越來越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復雜、長壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時，由于近年來進口模具中，精密、大型、復雜、長壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進口、提高國產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場上的份額也將逐步增大。建筑業(yè)的快速發(fā)展，使各種異型材擠出模具、PVC塑料管材管接頭模具成為模具市場新的經(jīng)濟增長點，高速公路的迅速發(fā)展，對汽車輪胎也提出了更高要求，因此子午線橡膠輪胎模具，特別是活絡模的發(fā)展速度也將高于總平均水平；以塑代木，以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業(yè)中的需求量巨大；家用電器行業(yè)在“十一五”期間將有較大、空調(diào)器和微波爐發(fā)展，特別是電冰箱等的零配件的塑料模需求很大；而電子及通訊產(chǎn)品方面，除了彩電等音像產(chǎn)品外，筆記本電腦和網(wǎng)機頂盒將有較大發(fā)展，這些都是塑料模具市場的增長點。 1.5模具加工CAM現(xiàn)狀 數(shù)控加工是生產(chǎn)過程中不可缺少的環(huán)節(jié)，尤其在模具生產(chǎn)幾何外形復雜、精度要求較高的產(chǎn)品。在客戶委托加工的產(chǎn)品中，這些產(chǎn)品的幾何形狀復雜，若分別利用單一性加工機械，己遠遠達不到產(chǎn)品的精度要求及正確幾何尺寸。隨著計算機的普及，自動化己經(jīng)逐漸成為各個行業(yè)的發(fā)展方向，對模具制造行業(yè)來說，要求會越來越高。 目前比較成熟的CAM系統(tǒng)主要以兩種形式實現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)集成:一體化的CAD/CAM系統(tǒng)(如:UGII, Euclid. Pro/ENGINEER等)和相對獨立的CAM系統(tǒng)(如:Mastercam } Surfcam等)。前者以內(nèi)部統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式直接從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型，而后者主要通過中性文件從其他CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型。然而，無論是哪種形式的CAM系統(tǒng)，都由五個模塊組成，即交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。 CAM系統(tǒng)以直接或間接(通過中性文件)的方式從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)模型。CAM系統(tǒng)以三維幾何模型中的點、線、面或?qū)嶓w為驅(qū)動對象，生成加工刀具軌跡，并以刀具定位文件的形式經(jīng)后置處理，以NC代碼的形式提供給CNC機床。 UG作為參數(shù)化CAD/CAM軟件系統(tǒng)的代表，實現(xiàn)了產(chǎn)品零件從概念設計到制造全過程的一體化，提供了以參數(shù)化特征實體造型為基礎、部件間的關聯(lián)設計、共享數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)知識等技術;是集產(chǎn)品設計、分析和制造一體化的CAD/CAM軟件平臺，它使產(chǎn)品在CAD/CAM各單元系統(tǒng)之間實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動傳遞與無縫轉(zhuǎn)換和集成，在CAM系統(tǒng)順利接受CAD系統(tǒng)建立的三維模型，基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫基礎上同步更新。同時它保證產(chǎn)品、模具設計、產(chǎn)品及模具的數(shù)控加工的刀具軌跡及NC加工代碼數(shù)據(jù)自動更新，避免了重復產(chǎn)品設計建模和NC數(shù)控編程的工作，實現(xiàn)了CAD/CAM/CAE數(shù)據(jù)的全相關性設計。本文就是用UG軟件在計算機上完成手機上蓋模具設計和凸模的模擬加工，而后生成相應數(shù)控機床系統(tǒng)NC加工程序代碼，為最后的數(shù)控加工提供一切可靠的準備。 1.6 UG軟件在模具制造中的應用特點 數(shù)控加工自動編程技術是隨著數(shù)控機床應用的擴大而逐漸發(fā)展起來的。用數(shù)控機床加工模具時，常常會遇到二維、三維的特殊型面或曲線，要在短時間里完成這些特殊曲線和復雜型面的刀具軌跡計算，并編出相應的數(shù)控加工程序，往往是難以做到的。于是，在數(shù)控加工的實踐中，逐漸地發(fā)展出各種適應數(shù)控機床加工過程的計算機自動編程系統(tǒng)。 作為集成化的CAD/CAM軟件，UG提供了功能強大的加工制造模塊。利用UG加工制造模塊可將產(chǎn)品的計算機幾何模型((CAD)與計算機輔助加工制造(CAM)進行集成，利用加工制造過程所使用的各項加工數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品模型、工件坯料、夾具、切削刀具、工作機床及各種加工參數(shù)等數(shù)據(jù)，進行產(chǎn)品的加工制造流程規(guī)劃。 UG多樣化的加工輔助制造流程規(guī)劃工具，針對各類型機床及各種加工方式(銑、車、鉆、電火花加工等等)可規(guī)劃各類工作機床、加工刀具與控制器的加工過程控制數(shù)據(jù)。制造工藝師利用UG進行加工制造流程的規(guī)劃后，會根據(jù)所設置的制造過程數(shù)據(jù)、加工目標及制造參數(shù)計算出加工刀具相對加工坐標的刀具軌跡數(shù)據(jù)，稱為CL DATA (CUTTER LOCATION DATA);刀具軌跡數(shù)據(jù)經(jīng)過后處理器轉(zhuǎn)換成加工機器碼使工作機床進行實際情況下的模擬加工，制造設計產(chǎn)品及零件模型。刀具軌跡數(shù)據(jù)配合制造模型的規(guī)劃，利用UG仿真功能可在計算機中仿真加工過程的材料切除狀況，由此預測并觀察加工的切削情形與進行誤差及過切預測，并進一步做制造過程的修改，可減少廢料的產(chǎn)生及避免加工失敗，協(xié)助制造工藝師達到制造流程最優(yōu)化的目的，并減少因加工錯誤所增加的生產(chǎn)成本。 1.7本設計任務 本設計首先采用UG軟件進行注塑件的三維實體造型,針對手機上蓋的具體外形尺寸,應用基于特征的實體建模和自由形狀建模等知識,使用體素特征、掃描特征、成形特征、特征操作等具體的操作步驟逐步生成手機上蓋。其次,利用UG軟件中的Mold wizard工具對手機上蓋進行型芯、型腔設計。最后，利用UG軟件中的CAM功能對凸模進行仿真加工并生成手機上蓋凸模的NC加工程序。 63 2 手機上蓋的設計 2.1建立外形 2.1.1新建文件 （1）在菜單欄選擇[文件]-[新建]，在[文件名]后輸入“mobile”，把[單位]設為[毫米]。 （2）在菜單選擇[應用]-[建模]，然后點擊[確定]進入建模窗口。圖3-1 圖3-1 2.1.2繪制拉伸草圖 （1）選擇菜單欄的[插入]-[草圖]或單擊成形特征工具欄上的按鈕，進入繪制草圖窗口。如圖3-2所示，在工作圖形區(qū)左上角顯示草圖平面選擇工具圖標。 圖3-2 （2）首先定義草圖平面，以基準坐標系的XC-YC平面作為草圖平面，在此平面上繪制草圖。 （3）利用工具按鈕，繪制草圖輪廓，如圖3-3所示。 圖3-3 （4）單擊創(chuàng)建約束按鈕，選擇上側(cè)圓弧的圓心與YC軸，彈出結束設置工具欄，使上側(cè)圓心在YC軸上。 （5）選擇下側(cè)圓弧的圓心與YC軸，彈出結束設置工具欄，設置下側(cè)圓弧的圓心在YC軸。 （6）選擇左側(cè)圓弧的圓心與XC軸，彈出結束設置工具欄，設置左側(cè)圓弧的圓心在XC軸。 （7）選擇右側(cè)圓弧的圓心與XC軸，彈出結束設置工具欄，設置右側(cè)圓弧的圓心在XC軸。 （8）選擇草圖曲線工具欄上的修剪按鈕，剪切多余的線段。剪切效果及草圖約束如圖3-4所示。 （9）在工具欄上單擊完成草圖按鈕，退出草圖窗口。 圖3-4 2.1.3建立拉伸體 （1）單擊拉伸按鈕或插入菜單欄的[插入]-[成形特征]-[拉伸]，彈出[拉伸體]對話框。 （2）在繪圖窗口選擇草圖，此時系統(tǒng)以紅色高亮顯示所選圖形，在[拉伸體]對話框中單擊[確定]。 （3）進入拉伸體的構建方式對話框，設置[起始距離]為：0，[終點距離]為：-30，[第一偏置]和[第二偏置]皆為：0，其他設置默認，生成拉伸體。圖3-5 （4）單擊[取消]按鈕，退出[拉伸體]對話框。 圖3-5 2.1.4繪制引導線 （1）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進入草圖窗口。 （2）定義草圖平面，以基準坐標系的ZC-YC平面作為草圖平面，在此平面上繪制草圖。 （3）運用草圖曲線工具欄上的工具繪制草圖并建立草圖尺寸約束。尺寸標注如圖3-6所示。 圖3-6 （4）在工具欄上單擊選擇完成草圖按鈕，退出草圖窗口。 2.1.5繪制截面線 （1）單擊成形特征工具欄上的[基準面]按鈕，選擇基準坐標系的ZC-XC平面，接著選擇引導線的端點，如圖3-7所示。 圖3-7 圖3-8 （2）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進入繪制草圖窗口。選擇基準面1作為草圖平面，運用草圖曲線工具欄上的工具繪制草圖。 （3）建立草圖幾何約束，設置截面線圓弧與YC軸上。 （4）建立草圖尺寸約束，尺寸標注如圖3-8。 （5）單擊完成草圖按鈕，退出草圖窗口。 2.1.6生成曲面 （1）選擇菜單欄上的[插入]-[掃掠]，選擇引導線，，單擊[確定]按鈕。 （2）提示欄顯示選擇截面曲線，選擇前步草圖。 （3）選擇引導線，選擇之前繪制的引導線（圖3-6） （4）其他設置默認，點擊確定，獲得曲面如圖3-9所示。 圖3-9 2.1.7曲面剪切 （1）單擊特征操作工具欄上的[裁剪體]按鈕，彈出[裁剪體]對話框，選擇要裁剪的目標實體，確定后選擇圖中顯示的方向箭頭接受默認的裁剪方向。獲得裁剪效果如圖3-10所示。 圖3-10 2.2建立殼體 2.2.1建立圓角 （1）單擊特征操作工具欄上的[邊倒圓] 按鈕，彈出[邊倒圓]對話框，在對話框中選取[半徑]為:3；其他設置默認，選擇邊界，單擊[確定]按鈕獲得圓角特征，如圖3-11、3-12所示。 圖3-11 圖3-12 2.2.2建立聽筒凹槽 （1）進入繪制草圖窗口，在工作圖形區(qū)左上角顯示草圖平面選擇工具圖標。以基準坐標系的XC-YC平面作為草圖平面，在此平面上繪制草圖。 （2）單擊[橢圓]圖標，彈出[點構造器]對話框，設置橢圓的中心為：（0，50，0），單擊[確定]按鈕彈出[生成橢圓]對話框。 （3）設置橢圓參數(shù)，設置[長半軸]為:5，[短半軸]為：2.5，[起始角]為：0，[終止角]為：360，旋轉(zhuǎn)角度為：0，單擊[確定]按鈕，獲得橢圓草圖，如圖3-13所示。 圖3-13 圖3-14 （4）單擊[取消]退出[生成橢圓]對話框，選擇完成草圖按鈕，退出草圖窗口。單擊成形工具欄上的[拉伸]圖標，生成如圖3-14的拉伸體。 2.2.3生成殼體 （1）單擊特征操作工具欄上的[抽殼]圖標按鈕，彈出[抽殼]對話框。 （2）在[抽殼]對話框中設置抽殼[類型]為：移除面然后抽殼，[厚度]為：1.5，選取要沖孔的面，完成各項設置后單擊[確定]，即可獲得抽殼特征，如圖3-15所示。 （3）單擊[取消]退出[抽殼]對話框。 圖3-15 2.3建立缺口特征 2.3.1 建立屏幕缺口 (1)進入繪制草圖窗口，在工作圖形區(qū)左上角顯示草圖平面選擇工具圖標，以基準坐標系的XC-YC平面作為草圖平面，在此平面上繪制草圖。 （2）單擊[矩形]按鈕，繪制矩形。如圖3-16所示。 圖 3-16 圖3-17 （3）在工具欄上單擊完成草圖按鈕，退出草圖窗口。 （4）選擇菜單欄的[插入]-[成形特征]-[拉伸]，彈出[拉伸體]對話框，在繪圖窗口選擇草圖，此時系統(tǒng)以紅色高亮顯示所選圖形，在[拉伸體]對話框中單擊[確定]按鈕。 （5）進入拉伸體的構建方式對話框，在此對話框中選擇[方向和距離]，彈出[矢量構成]，在該對話框中選擇ZC軸正方向。 （6）設置拉伸參數(shù)，設置[起始距離]為：0，[終點距離]為：-30、[第一偏置]和[第二偏置]都為：0；在布爾操作中選擇[減]，彈出選擇對話框，選擇手機殼體為被剪切體，如圖3-17. 2.3.2 建立聽筒缺口 （1）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進入繪制草圖窗口，在工作圖形左上角顯示草圖平面選擇工具圖標。 （2）以基準坐標系的XC-YC平面作為草圖，在此平面上繪制草圖。單擊橢圓圖標，彈出[點構造器]對話框，設置橢圓中心為（-2，50，0）。單擊[確定]按鈕彈出[生成橢圓]對話框，設置橢圓參數(shù)為：[長半軸]為1，[短半軸]為0.5，[起始角]為0,[終點角度]為360，[旋轉(zhuǎn)角度]為120。 （3）設置橢圓中心為（2，50，0），橢圓各參數(shù)為：[長半 （7）單擊[取消]按鈕，退出[拉伸體]對話框。 圖3-18聽筒缺口特征 軸]為1，[短半軸]為0.5，[起始角]為0,[終點角度]為360，[旋轉(zhuǎn)角度]為120；如圖3-18所示。 圖3-19聽筒缺口特征 （4）單擊完成按鈕，推出草圖窗口。 （5）單擊[拉伸體]圖標，選擇上面所畫的兩橢圓；在對話框中選擇[方向和距離]；[矢量構成]選擇ZC方向，參數(shù)設置：[起始距離]為0，[終點距離]為30，[第一偏置]和[第二偏置]都為0；在[布爾操作]選擇[減]，彈出選擇對話框，選擇手機殼體為被剪切體，聽筒缺口特征如圖3-19所示。 （6）單擊[取消]按鈕退出[拉伸體]對話框。 2.3.3建立蝶形按鍵缺口 （1）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進入繪制草圖窗口，在工作圖形左上角顯示草圖平面選擇工具圖標。 （2）以基準坐標系的XC-YC平面作為草圖，在此平面上繪制草圖。單擊橢圓圖標，彈出[點構造器]對話框，設置橢圓中心為（0，-2，0）。單擊[確定]按鈕彈出[生成橢圓]對話框，設置橢圓參數(shù)為：[長半軸]為7，[短半軸]為5.5，[起始角]為0,[終點角度]為360，[旋轉(zhuǎn)角度]為90。 （3）設置橢圓中心為（0，-2，0），橢圓各參數(shù)為：[長半軸]為16，[短半軸]為5，[起始角]為0,[終點角度]為360，[旋轉(zhuǎn)角度]為25。 （4）設置橢圓中心為（0，-2，0），橢圓各參數(shù)為：[長半軸]為16，[短半軸]為5，[起始角]為0,[終點角度]為360，[旋轉(zhuǎn)角度]為-25。 （5）單擊草圖工具欄上的修剪按鈕，剪切多余線段，效果如圖3-20所示，退出草圖功能。[2] 圖3-20 （6）單擊[拉伸體]圖標，選擇上面所畫的草圖；在對話框中選擇[方向和距離]；[矢量構成]選擇ZC方向，參數(shù)設置：[起始距離]為0，[終點距離]為30，[第一偏置]和[第二偏置]都為0；在[布爾操作]選擇[減]，彈出選擇對話框，選擇手機殼體為被剪切體，蝶形按鍵缺口特征 （6）單擊[取消]按鈕退出[拉伸體]對話框。 2.3.4建立接聽按鍵缺口 （1）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進入繪制草圖窗口，在工作圖形左上角顯示草圖平面選擇工具圖標。[1] （2）以基準坐標系的XC-YC平面作為草圖，在此平面上繪制草圖。 點出[生成橢圓]對話框，設置橢圓參數(shù)為：[長半軸]為4，[短半軸]為2，[起始角]為0,[終點角度]為360，[旋轉(zhuǎn)角度]為0。單擊[確定]按鈕，草圖如圖3-30所示。 （3）單擊橢圓圖標，彈出[點構造器]對話框，設置橢圓中心為（-17，-2，0）。單擊[確定]按鈕彈出[生成橢圓]對話框，設置橢圓參數(shù)為：[長半軸]為4，[短半軸]為2，[起始角]為0,[終點角度]為360，[旋轉(zhuǎn)角度]為0。單擊[確定]按鈕。 （4）回到[點構造器]對話框，設置橢圓中心為（17，-2，0）。單擊[確定]按鈕彈出[生成橢圓]對話框，設置橢圓參數(shù)為：[長半軸]為4，[短半軸]為2，[起始角]為0,[終點角度]為360，[旋轉(zhuǎn)角度]為0。單擊[確定]按鈕，草圖如圖3-21所示。 圖3-21 圖3-22 （5）單擊完成草圖功能，退出草圖功能。 （6）單擊[拉伸體]圖標，選擇上面所畫的草圖；在對話框中選擇[方向和距離]；[矢量構成]選擇ZC正方向，參數(shù)設置：[起始距離]為0，[終點距離]為30，[第一偏置]和[第二偏置]都為0；在[布爾操作]選擇[減]，彈出選擇對話框，選擇手機殼體為被剪切體，接聽缺口特征如圖3-22所示。 （7）單擊[取消]按鈕退出[拉伸體]對話框。 2.3.5建立數(shù)字按鍵缺口 （1）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進入繪制草圖窗口，在工作圖形左上角顯示草圖平面選擇工具圖標。 （2）以基準坐標系的XC-YC平面作為草圖，在此平面上繪制草圖。 （3）用工具繪制草圖并標注，如圖3-23所示。 （4）單擊[拉伸體]圖標，選擇上面所畫的草圖；在對話框中選擇[方向和距離]；[矢量構成]選擇ZC正方向，參數(shù)設置：[起始距離]為0，[終點距離]為30，[第一偏置]和[第二偏置]都為0；在[布爾操作]選擇[減]，彈出選擇對話框，選擇手機殼體為被剪切體，接聽缺口特征。 （5）單擊[取消]按鈕退出[拉伸體]對話框 （6）選擇菜單欄[插入]-[關聯(lián)復制]-[實例特征]，彈出[實例]對話框，在對話框中選擇[矩形陣列]；在引用對話框的特征選擇過濾器列表中選擇數(shù)字按鍵缺口特征，單擊[確定]彈出引用的參數(shù)對話框；在引用的[方法]選項組中選擇[常規(guī)]，在[沿X向的數(shù)量]文本框中輸入“1”、[XC偏移]文本框中輸入“1” 圖3-23繪制草圖并標注 在[沿Y向的數(shù)量]文本框中輸入“4”、[YC偏移]文本框中輸入“-9”，完成各項參數(shù)的設置后，在繪圖窗口內(nèi)會顯示陣列形狀與位置，確認無誤后[確定]后在[生成引用]對話框中選擇[是]，如圖3-24所示。 圖3-24矩陣陣列設置 圖3-25 鏡像特征 （7）單擊[后]按鈕退回[引用]對話框，選擇[鏡像特征]，彈出對話框；在部件中的 特征列表中選擇矩形陣列特征，選擇需陣列的對象，選擇ZC_YC平面為鏡像平面，單擊確定，獲得鏡像特征如圖3-25所示。 （8）單擊[確定]退出[鏡像特征]對話框。 （9）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進入繪制草圖窗口，在工作圖形左上角顯示草圖平面選擇工具圖標。 2.3.6建立音量控制缺口 （1）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進入繪制草圖窗口，在工作圖形左上角顯示草圖平面選擇工具圖標。 （2）以基準坐標系的ZC-YC平面作為草圖，在此平面上繪制草圖。 （3）用工具繪制草圖并標注，如圖3-26所示。 （4）退出草圖功能；單擊[拉伸體]圖標，選擇上面所畫的草圖；在對話框中選擇[方向和距離]；[矢量構成]選擇XC正方向 ，參數(shù)設置：[起始距離]為0，[終點距離] 為70，[第一偏置]和[第二偏置]都為0；在[布爾操作]選擇[減]，彈出選擇對話框，選擇手機殼體為被剪切體。 （5） 單擊[取消]按鈕退出[拉伸體]對話框；單擊特征操作工具欄上的邊圓角按鈕，彈出[邊緣圓角]對話框，在對話框中選取[圓角類型]為[邊界]，[默認半徑]為2，選擇邊界；單擊[確定]按鈕獲得圓角特征如圖3-27所示。 圖3-26 繪制草圖并標注 圖3-27 圓角特征 2.3.7建立充電插槽缺口 （1）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進入繪制草圖窗口，在工作圖形左上角顯示草圖平面選擇工具圖標。 （2）以基準坐標系的ZC-XC平面作為草圖，在此平面上繪制草圖。 （3）用工具繪制草圖并標注，如圖3-28所示。 （4）退出草圖功能；單擊[拉伸體]圖標，選擇上面所畫的草圖；在對話框中選擇[方向和距離]；[矢量構成]選擇XC正方向 ，參數(shù)設置：[起始距離]為0，[終點距離] 為70，[第一偏置]和[第二偏置]都為0；在[布爾操作]選擇[減]，彈出選擇對話框，選擇手機殼體為被剪切體，效果如圖3-29所示。 （5）單擊[取消]按鈕退出[拉伸體]對話框。 圖3-28繪制草圖并標注 圖3-29充電插槽缺口 2.4建立鑲邊 2.4.1提取曲線 （1）選擇菜單欄的[插入]-[曲線操作]-[提取]，彈出[提取曲線]對話框；在對話框中選擇[邊界曲線]，彈出[單個邊曲線]對話框；選擇手機殼外沿邊界曲線，如圖3-30所示。 選擇邊界 圖3-30 選擇鑲邊線 圖3-31拉伸鑲邊線特征 （2）選擇完后單擊[確定]，獲得鑲邊線；單擊[取消]退出[提取曲線]對話框。 2.4.2拉伸鑲邊 （1）單擊[拉伸體]圖標，選擇鑲邊線；在對話框中選擇[方向和距離]；[矢量構成]選擇ZC正方向 ，參數(shù)設置：[起始距離]為0，[終點距離] 為2，[第一偏置]和[第二偏置]都為0；在[布爾操作]選擇[減]，彈出選擇對話框，選擇手機殼體為被剪切體，效果如圖3-31。所示。 （2）單擊[取消]按鈕退出[拉伸體]對話框。 2.4.3保存 整個零件繪制完成，選擇[文件]-[保存]來存儲文件。 3 注塑模具設計 3.1注射模設計的基本原則 注射模結構設計的正確性和模具制造及裝配精度都直接影響到塑件的質(zhì)量。在設計注塑模具時必須遵循以下基本原則： Ⅰ.為加工和裝配方便，模具結構和零件的形狀應該力求簡單。 Ⅱ.為確保產(chǎn)品質(zhì)量和模具使用壽命，模具應具有適當?shù)木取⒈砻娲植诙?、強度和剛度? Ⅲ.模具結構的有關尺寸與所選用的注塑機的相關參數(shù)相適應，包括注射機的最大注射量、鎖模力、裝模部分的尺寸等。 Ⅳ.根據(jù)塑料熔體的流動性和塑件外形、尺寸及外觀要求，認真分析熔體在澆注系統(tǒng)及型腔各處的流動狀態(tài)，熔接部位及型腔內(nèi)原有氣體排除方式等，合理確定模具總體結構、分型面、澆注系統(tǒng)等。以控制熔體充模、結晶、收縮及補縮，改善成型條件，從而獲得外形清晰，尺寸穩(wěn)定、內(nèi)應力小、無氣泡、無縮孔、無凹陷的塑件。 Ⅴ.根據(jù)塑件的結構特征，正確確定抽芯及推出結構。 Ⅵ.為確保塑件質(zhì)量和注射成型順利進行，正確設計模具的加熱或冷卻裝置。 Ⅶ.模具制造周期短，成本低。 3.2分型面的選擇 3.2.1分型面選擇的一般原則 分型面的選擇是塑料模設計首先要解決的一個問題，分型面的選擇是否得當，對塑件的質(zhì)量、模具的使用和制造都有很大影響。因此，分型面是決定模具結構形式的重要因素。 分型面的選擇是一個比較復雜的問題，因為它受到塑件的形狀、壁厚、尺寸公差及表面粗糙度、嵌件位置及其形狀、塑件在模腔中的成型位置、推出方法、澆注系統(tǒng)設計、模具類型、模具排氣、模具制造及其操作等各種因素的影響。因此，在選擇時要認真分析，綜合比較，從幾種方案中找出一種比較合理的方案。對某一塑件，以下分型面選擇原則可能發(fā)生矛盾，不能全部符合下述選擇原則時，應根據(jù)實際情況，以滿足塑件的主要要求為宜。 選擇模具分型面時，通常應遵循以下基本原則: 1.分型面應便于塑件的脫模。 2.分型面的選擇應用利于側(cè)向分型與抽芯。 3.分型面的選擇應保證塑件的質(zhì)量。 4.分型面的選擇應有利于防止溢料。 5.分型面的選擇應有利于排氣。 6.分型面的選擇應盡量使成型零件便于加工。 7.選擇分型面時，應考慮減小由于脫模斜度造成塑件的大小端尺寸差異。 該塑件為手機上蓋外殼，表面質(zhì)量無特殊要求，該零件的高度為16.69mm，且垂直于軸線的截面形狀比較簡單和規(guī)范，若選擇如圖4-1所示垂直分型方式既可降低模具的復雜程度，減少模具加工難度又便于成型后的脫模。故選用如圖4-1所示的分型方式較為合理。 圖4-1 分型面的選擇 3.2.2分型面的具體操作步驟 1.加載產(chǎn)品 （1）選擇菜單欄的[應用]-[注塑模向?qū)，彈出 注塑模向?qū)?工具欄。 （2）單擊注塑模向?qū)Чぞ邫谏系陌粹o，彈出[打開部件文件]對話框；選擇剛完成的手機產(chǎn)品文件，單擊[OK]按鈕。 （3）在彈出的[項目初始化]對話框中，改變項目的路徑，創(chuàng)建mobile文件夾。如圖4-2所示。 圖4-2 [項目初始化]對話框 圖4-3[模具 CYCS]對話框 2.模具坐標系 （1）單擊 注塑模向?qū)?工具欄上的按鈕，彈出[模具 CYCS]對話框，如圖4-3所示。 （2）單擊[確定]按鈕，設置該坐標系與工作坐標系相匹配。 3.設定毛坯 Ⅰ.設置成型鑲件 （1）單擊 注塑模向?qū)Чぞ邫谏系陌粹o，彈出[工件尺寸]對話框，選用[標準長方體]選項，采用距離余量法定義成型鑲件尺寸。 圖4-4 毛坯參數(shù)設置 圖4-5 成型鑲件 （2）在成型鑲件的尺寸輸入?yún)^(qū)中將[X_向長度]設置為120；[Y_向長度]設置為190； [Z_向下移]設置為27；[Z_向上移]設置為56；如圖4-4所示。 （3）單擊[應用]按鈕，獲得成型鑲件如圖4-5所示。（4）單擊[取消]退出對話框。、 Ⅱ.布局 （1）單擊 注塑模向?qū)?工具欄上的按鈕，彈出[布局]對話框。 （2）在布局對話框中選擇，單擊[取消]退出[布局]對話框。 Ⅲ.分型 點擊進入分型管理器 （一）建立分型線 單擊圖標上的按鈕，彈出[分型線]對話框；彈出[分型線]對話框，在對話框中選擇[自動搜索分型線]，彈出[搜索分型線]對話框，頂出方向Z 軸向上。點擊應用，確定，應用。分型線如圖4-6所示 （二）創(chuàng)建補片 選擇按鈕]，彈出[補丁環(huán)選擇]對話框，[環(huán)搜索方法]選擇[自動]，[修補方法]選擇[型腔側(cè)面]，單擊[自動修補]，UG/注塑模向?qū)?將建立一個修補片體，如圖4-7所示。 圖4-6 分型線 圖4-7自動修補 （三） 建立分型面 （1）選擇[分型面] ，彈出[創(chuàng)建分型面]對話框。 （2）在[創(chuàng)建分型面]對話框中選擇[創(chuàng)建分型面]。 （3）在分型面對話框中選擇[有界平面]按鈕，系統(tǒng)產(chǎn)生一個分型面，如圖4-8所示。 圖4-8分型面 圖4-9型腔模型 3.3確定型腔布置及型芯和型腔的建立 3.3.1確定型腔布置 綜合考慮澆注系統(tǒng)，模具結構的復雜程度等因素，本塑件在注射時采用一模一件，即模具只需要一個型腔。 3.3.2型芯和型腔的建立 （1）選擇[分型管理器]對話框的[提取區(qū)域和分型線] ，彈出[區(qū)域和直線]對話框；在[區(qū)域和直線]對話框中[邊界曲面],抽取區(qū)域邊界邊, （2）單擊[確定]接受系統(tǒng)定義的型芯和型腔區(qū)域，并再次回到[分型管理器]對話框；在對話框中選擇[創(chuàng)建型芯和型腔] ，彈出[型芯和型腔]對話框；在對話框中的[公差]設置為0.1，選擇[自動創(chuàng)建型腔型芯]]按鈕 （3）如圖4-11所示，屏幕顯示型腔和型芯鑲塊。 圖4-10 型芯模型 圖4-11 完成的型腔芯和型芯鑲塊 3.4結構零件的設計 3.4.1合模導向機構的設計 Ⅰ.導向機構的作用： （1）導向作用 上模和下模合模時，首先是導向零件接觸，引導上、下模準確合模，避免凸?；蛐托鞠冗M入型腔，以保證不損壞成型零件。 （2）定位作用 避免模具裝配時認錯方位而損壞模具，并且在模具閉合后使型腔保證正確的形狀，不致由于位置的偏移而引起塑件壁厚不均，對于垂直分型的兩瓣對拼凹模，合模銷可以保證在合模時定位的準確。 （3）承受一定的側(cè)向壓力 塑料注入型腔過程中會產(chǎn)生單向側(cè)面壓力，或由于成型設備精度的限制，使導柱在工作中承受一定的側(cè)向壓力。 Ⅱ.導向零件的的設計原則 （1） 導向零件應合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱和導套時發(fā)生變形。 （2） 根據(jù)模具的形狀和大小，一副模架一般需要2-4個導柱。 （3） 為了便于塑件脫模，導柱通常安裝于定